Напорная флотация — процесс разделения, в котором взвешенные и эмульгированные примеси выносятся на поверхность пузырьками воздуха, выделяющимися из пересыщенного раствора. Всплывший слой удаляется механическим скребком, осветлённая вода отводится из нижней части камеры. Технология работает с тем, что легче воды или может быть переведено в такое состояние реагентом.
Принцип
Часть уже осветлённой воды отбирается на рециркуляцию и насыщается воздухом в сатураторе под давлением 4–6 бар. Растворимость газа пропорциональна его парциальному давлению, поэтому под давлением вода принимает многократно больше воздуха, чем при атмосферных условиях. При дросселировании на входе в камеру раствор становится пересыщенным, и избыток воздуха выделяется в виде пузырьков размером в десятки микрометров.
Пузырёк закрепляется на поверхности частицы и образует с ней агрегат, средняя плотность которого меньше плотности воды. Агрегат всплывает; скорость всплытия описывается законом Стокса и зависит от размера агрегата и разности плотностей. На поверхности камеры образуется флотошлам, который удаляется цепным скребком в шламовый лоток, а осветлённая вода отводится из нижней части камеры.
Закрепление пузырька возможно только на гидрофобной поверхности, поэтому реагентная обработка входит в состав процесса, а не дополняет его. В камерах коагуляции и флокуляции, установленных перед флотационной камерой, дозируются коагулянт и флокулянт: первый снимает заряд коллоидных частиц и укрупняет их, второй связывает образовавшиеся микрохлопья в структуры, удерживающие пузырьки. Время пребывания в этих камерах и интенсивность перемешивания задаются расчётом: избыточное перемешивание разрушает хлопья, недостаточное не даёт им сформироваться.
Расход напорной воды — расчётная величина, определяющая количество воздуха, поступающего в камеру. У моделей каталога он составляет заметную долю производительности: у DAF-5 это 2 м³/ч при производительности 4–5 м³/ч, у DAF-100 — 50 м³/ч при 95–100 м³/ч. Эти объёмы постоянно проходят через насос рециркуляции и сатуратор и определяют основную часть энергопотребления установки.
Производительность флотационной камеры ограничивается не только объёмом, но и гидравлической нагрузкой на площадь зеркала, а также нагрузкой по твёрдой фазе. Именно поэтому типоразмер подбирается по расчётному стоку, а не «с запасом»: при расходе существенно ниже расчётного нарушается распределение потока в камере и режим удаления шлама, а при превышении — сокращается время пребывания, и часть агрегатов не успевает всплыть.
Принцип
Флотация не является обращённым отстаиванием. Частица поднимается не потому, что её плотность меньше плотности воды, а потому, что к ней прикрепился пузырёк и образовавшийся агрегат приобрёл отрицательную плавучесть по отношению к среде. Закрепление возможно лишь при достаточной гидрофобности поверхности, которую и обеспечивает реагентная обработка. Отсюда следует, что флотатор без подобранного коагулянта не «работает хуже», а по большинству показателей не работает вовсе: сток проходит камеру практически без изменений.
Размер пузырьков важнее их количества. Эффективны пузырьки диаметром в десятки микрометров: они всплывают медленно, дольше контактируют с частицами и успевают закрепиться. Крупные пузырьки поднимаются быстро, вероятность закрепления у них мала, а восходящий поток от них перемешивает содержимое камеры и разрушает уже сформированные агрегаты. По этой причине увеличение подачи воздуха сверх расчётного ухудшает очистку, а не улучшает её, и режим сатуратора относится к параметрам, которые не следует изменять произвольно.
Флотатор в большей степени концентрирует загрязнения, чем разрушает их. Удалённое вещество не исчезает: оно переходит во флотошлам объёмом порядка одного-трёх процентов от расхода стока при влажности 94–97 %. По массе сухого вещества это немного, по объёму перевозки — существенно, поскольку транспортируется преимущественно вода. Поэтому обезвоживание шлама планируется одновременно с флотатором: без него задача не решена, а перенесена на следующий этап обращения с отходами.
Практика
Флотатор устанавливают перед биологической очисткой. Жиры и лёгкая взвесь для активного ила представляют не питательный субстрат, а нагрузку: они ухудшают массообмен, способствуют вспуханию ила и снижают эффективность сооружений, рассчитанных на растворённую органику.
На локальном объекте установка выполняет роль узла доведения стока до нормативов сброса в централизованную систему водоотведения по взвешенным веществам, жирам и части ХПК. Показатели, относящиеся к растворённым веществам, при этом не изменяются, и если нарушение касается их, одной флотацией задача не решается.
Реагентный режим определяется для конкретного стока пробным осаждением. Устанавливаются тип и доза коагулянта, необходимость флокулянта и требуемая коррекция реакции среды. Стоки одной отрасли близки по характеру, но не совпадают: различия в рецептуре, режиме мойки и составе моющих средств меняют дозу в несколько раз.
Установка поставляется собранной на раме и включает камеры коагуляции и флокуляции, флотационную камеру, сатуратор, насос рециркуляции, скребковый механизм и узел дозирования. От площадки требуются подводка стока, отведение осветлённой воды и шлама, электропитание и доступ для обслуживания скребка.
Эффективность оценивается по сопоставимым пробам на входе и выходе, а не по внешнему виду осветлённой воды. Для жиров и нефтепродуктов достижимое снижение обычно составляет 80–95 %, для взвешенных веществ 70–90 %; фактические значения зависят от реагентного режима, температуры и стабильности состава стока.
Границы
Практика
Примеры типовые: это не отчёты по объектам.
Технологии Solvia
Схема
Флотатор не применяется как самостоятельная ступень. Перед ним необходимы решётка или сито для задержания крупных включений и усреднитель, выравнивающий расход и состав: реагентное хозяйство настраивается на определённый диапазон, и выход за него означает потерю эффективности именно в момент пиковой нагрузки.
Узел дозирования входит в состав установки. Дозы коагулянта и флокулянта устанавливаются по результатам пробного осаждения и корректируются при изменении производства; при значительном отклонении реакции среды в схему вводится узел коррекции pH, поскольку эффективность коагулянтов ограничена узким диапазоном.
После флотатора схема разделяется на две линии. Осветлённая вода направляется на сброс либо на биологическую очистку, если нормативы по растворённым веществам не выполнены. Флотошлам направляется на обезвоживание: транспортировка шлама влажностью выше 94 % экономически неоправданна.
Для холодных площадок учитывается температурный режим: растворимость воздуха и вязкость воды зависят от температуры, и работа при значениях, отличных от расчётных, изменяет режим сатуратора и скорость всплытия агрегатов.
Схема
Эксплуатация
Энергия
Удельный расход электроэнергии составляет порядка 0,1–0,3 кВт·ч на кубометр стока. Основная часть приходится на насос рециркуляции и компрессор, обеспечивающие насыщение воды воздухом; приводы скребка и мешалок потребляют существенно меньше. У моделей каталога суммарная установленная мощность привода составляет от 3 до 15 кВт в зависимости от типоразмера, что при непрерывной работе даёт предсказуемую и относительно небольшую статью эксплуатационных затрат по сравнению со стоимостью реагентов.
Расходники
Что уходит в сброс
Флотошлам образуется в объёме порядка одного-трёх процентов от расхода стока при влажности 94–97 %. Он содержит жиры, взвешенные вещества и реагентные хлопья, то есть всё, что было выведено из воды. Дальнейшее обращение определяется составом: обезвоживание на шнековом или ленточном оборудовании, накопление и вывоз специализированной организацией либо, для отдельных пищевых производств, передача на переработку. Класс опасности и допустимый способ обращения устанавливаются по составу стока, а не по типу оборудования.
Подбор
Что учитываем
Чем оборачивается ошибка
Подбор
Вопросы
Реагенты входят в состав процесса. Пузырёк закрепляется только на гидрофобной поверхности, а коагулянт и флокулянт именно её и формируют, одновременно укрупняя частицы до размера, при котором агрегат всплывает за время пребывания в камере. Без реагентной обработки удаляется лишь свободно всплывающий жир, а показатели по взвешенным веществам и ХПК практически не изменяются.
Нет. Флотация выводит из воды взвешенные и коллоидные вещества, переводя их в шлам, тогда как растворённая органика, аммонийный азот и минеральные соли проходят через установку без изменений. В типовой схеме флотатор располагается перед биологической ступенью и снижает нагрузку на неё, что позволяет уменьшить объём сооружений и стабилизировать их работу.
Объём составляет порядка одного-трёх процентов от расхода стока при влажности 94–97 %. Шлам обезвоживают на шнековом или ленточном оборудовании, после чего передают специализированной организации в соответствии с установленным классом опасности. Планировать обращение с ним следует одновременно с выбором флотатора: в противном случае предприятие вывозит преимущественно воду.
Запас по расходу оправдан в пределах, определяемых гидравлической нагрузкой камеры. У флотации существует и нижняя граница: при расходе существенно ниже расчётного нарушается распределение потока и режим удаления шлама, вследствие чего эффективность снижается. Запас корректнее закладывать усреднителем и режимом работы, а типоразмер выбирать по расчётному стоку.
Выбор определяется характером взвеси. Ламельный отстойник работает с частицами, плотность которых выше плотности воды: минеральной взвесью, окалиной, песком. Жиры, масла и лёгкие хлопья он не удаляет. Флотация, напротив, рассчитана именно на них и требует реагентного хозяйства. При смешанном составе стока ступени применяют последовательно.
Температура влияет на процесс двояко. С понижением температуры растворимость воздуха увеличивается, что само по себе благоприятно, однако вязкость воды растёт, скорость всплытия агрегатов снижается, а эффективность коагуляции уменьшается и требует увеличения дозы реагента. Для неотапливаемых площадок предусматривают утепление и обогрев узлов дозирования: замерзание растворов реагентов останавливает установку целиком.
Расскажите об объекте — инженер подготовит расчёт схемы, спецификацию и коммерческое предложение в течение рабочего дня.